Порядок расчета

Порядок расчета следующий.

1) Из таблицы задания определить n_n и p_p по заданным значениям удельного сопротивления p- и n- областей.

2) Рассчитать диапазон напряжений, в котором следует определить и построить характеристики, т.е. рассчитать пробивное напряжение p-n перехода.

3) Определить контактную разность потенциалов p-n перехода.

4) Рассчитать зависимость ширины ООЗ и емкости p-n перехода от приложенного напряжения.

5) Для расчета вольтамперной характеристики необходимо рассчитать коэффициенты диффузии, соответственно, электронов и дырок (D _n и D_p ). Для этого можно воспользоваться соотношением Эйнштейна

 / D = q / (k T), (8.1)

где  - подвижность соответствующих носителей заряда.

Подвижность определяется из известного уравнения для удельной электропроводности полупроводника.

 = q    n, (8.2)

где  - удельная электропроводность полупроводника;  и n - подвижность и концентрация, соответственно, основных носителей заряда.

Известно, что удельная электропроводность связана с удельным сопротивлением как

 = 1 / , (8.2)

где  - удельное сопротивление полупроводника.

Величина удельного сопротивления p-n областей указана в каждом конкретном варианте задания, а концентрация основных носителей заряда определяется из таблицы, приведенной в расчетной части настоящих методических указаний.

Обратный ток насыщения создается неосновными носителями заряда. В настоящее время отсутствуют прямые методы определения подвижности неосновных носителей заряда. Поэтому можно воспользоваться косвенной оценкой, используя уравнения (8.3 и 8.4).

_nнеосн = _pосн  _no / _po, (8.3)

_pнеосн = _nосн  _po / _no, (8.4)

где _no и _po-подвижность электронов и дырок в собственном германии;

_nнеосн и _pнеосн- подвижность неосновных электронов и дырок в германии;

_nосн и _pосн- подвижность основных электронов и дырок в германии.

Контрольные вопросы для самопроверки

1. Что такое электронно-дырочный переход (p-n переход)?

2. Какие электронно-дырочные переходы называют симметричными и какие несимметричными?

3. Какие p-n переходы называют резкими, а какие плавными?

4. Какие технологические приемы используются для создания электронно-дырочных переходов?

5. Изобразите и поясните распределение концентрации примесей, электронов, дырок, объемных зарядов, потенциала и напряженности электрического поля в окрестности резкого несимметричного p-n перехода с концентрацией доноров, значительно превышающей концентрацию акцепторов для равновесного состояния.

6. Изобразите и объясните энергетическую зонную диаграмму p-n перехода (см. вопрос 5) в равновесном состоянии.

7. От какого параметра полупроводникового материала зависит высота потенциального барьера p-n перехода при одинаковой концентрации примесей в р- и n- областях?

8. Какие составляющие токов протекают в p-n переходе в равновесном состоянии? Чему равен при этом результирующий ток? Почему?

9. Покажите, что высота потенциального барьера p-n перехода, сформированного в невырожденном полупроводнике, определяется выражением

,

где p_р- и n_n- равновесные концентрации основных носителей заряда в p- и n-областях; n_i- концентрация собственных носителей заряда.

10. Изобразите и объясните вольтамперную характеристику p-n перехода.

11. Что такое «инжекция неосновных неравновесных носителей заряда» через p-n переход?

12. Что такое «ток насыщения», от чего он зависит?

13. Объясните влияние концентрации примеси, температуры окружающей среды и ширины запрещенной зоны полупроводника на вид вольтамперной характеристики p-n перехода.

14. Изобразите энергетическую зонную диаграмму p-n перехода (см. вопрос 5) при подаче на p-n переход прямого смещения.

15. Изобразите энергетическую зонную диаграмму p-n перехода (см. вопрос 5) при подаче на p-n переход обратного напряжения.

16. Объясните, как изменяется контактная разность потенциалов p-n перехода при увеличении температуры.

17. Как и почему изменяется контактная разность потенциалов p-n перехода при увеличении концентрации примесей в полупроводнике?

18. Как и почему изменяется контактная разность потенциалов p-n перехода при увеличении ширины запрещенной зоны полупроводника?

19. Можно ли использовать контактную разность потенциалов, возникающую в p-n переходе, в качестве источника напряжения? Ответ поясните.

20. Почему разность потенциалов в полупроводнике с неоднородным распределением примеси нельзя измерить вольтметром?

21. Объясните виды пробоя p-n перехода.

22. Как изменяется пробивное напряжение p-n перехода при увеличении концентрации примеси в полупроводнике?

23. Выведите аналитическое выражение для тока насыщения p-n перехода и объясните зависимость этого тока от температуры, концентрации примеси, ширины запрещенной зоны полупроводника, приложенного напряжения.

24. Какова природа объемных зарядов в p-n переходе?

25. Объясните природу барьерной емкости p-n перехода и ее зависимость от приложенного напряжения.

26. Во сколько раз изменится емкость резкого p-n перехода при увеличении обратного напряжения от 20 до 80 вольт?

27. Влияет ли увеличение концентрации примеси в полупроводнике на величину барьерной емкости p-n перехода? Ответ поясните.

28. Что такое «подвижность носителей заряда»?

29. Что влияет на величину подвижности носителей заряда?

30. Как рассчитать подвижность носителей заряда, зная удельное сопротивление полупроводника и концентрацию основных носителей заряда?

31. Как рассчитать коэффициент диффузии носителей заряда, зная их подвижность?

Некоторые параметры основных полупроводниковых материалов при Т=300 К (kT/q=0,026 В).

Параметр материала	Ge германий	Si кремний	GaAs арсенид галлия
Ширина запрещенной зоны ΔΕ, эВ	0,67	1,11	1,42
Эффективная масса электронов mn* в зоне проводимости	0,56 m0	1,08 m0	0,067 m0
Эффективная масса дырок mp* в валентной зоне	0,37 m0	0,59 m0	0,47 m0
Постоянная решетки a, Ǻ	5,66	5,42	5,65
Граничные концентрации носителей для невырожденного полупроводника, м-3 n0 p0	1,12×1023 0,74×1023	1,05×1023 3,75×1022	1,54×1021 4,34×1022
Подвижность электронов μn, м2/В.с	0,38	0,13	0,85
Подвижность дырок μp, м2/В.с	0,182	0,05	0,042
Диэлектрическая проницаемость ε	16,3	12	11,15
Температура плавления Тпл , ºC	936	1417	1238
Концентрация собственных носителей заряда ni, см-3	2,5.1013	1,5.1010